Ядерные реакции

1.

ИЗУЧЕНИЕ
ЯДЕРНЫХ
РЕАКЦИЙ

2.

Ядерные реакции – искусственные превращения
атомных ядер, вызванные их взаимодействием с
частицами или друг с другом.
Для ядерных реакций справедливы
общие законы сохранения
электрического заряда, числа
нуклонов, энергии, импульса, массы

3.

Иллюстрация законов сохранения
массовое число (число нуклонов)
226 Ra
222 Rh + 4 He
88
86
2
α-распад
зарядовое число
Закон сохранения зарядового числа: 88 = 86 +2
Закон сохранения числа нуклонов (массового числа):
226 = 222 + 4

4.

Закон сохранения энергии
Первая проверка уравнения Эйнштейна E = mc2, была проведена,
когда Резерфорд произвел обстрел ядрами водорода легкого металла
лития.
1 Н
1
+ 73Li 242H + Ek
Ядро
водорода
Ядро
лития
По фотографиям, полученным в камере
Вильсона, были измерены скорости частиц (ядер гелия) и вычислена их
кинетическая энергия. Эта энергия
оказалась эквивалентной потерянной
массе в соответствии с формулой
Эйнштейна. Тем самым было доказано, что
масса частиц может уменьшаться, а вместо
пропавшей части массы появляется
энергия в эквивалентом количестве, как и
предсказал Эйнштейн
Кинетическая
энергия

5. СВОИСТВА ЛУЧЕЙ

В 1899 году Э.
Резерфорд в результате
экспериментов
обнаружил, что
радиоактивное
излучение неоднородно
и под действием
сильного магнитного
поля распадается на две
составляющие, - и лучи. Третью
составляющую, -лучи,
обнаружил французский
физик П. Вилард в 1900
году.

6. -излучение

-излучение
-лучи – это поток ядер атомов
гелия. Они заряжены
положительно. От других видов
радиоактивного излучения лучи отличаются малой
проникающей способностью, то
есть интенсивностью их
поглощения различными
веществами. -лучи не могут
пробить лист бумаги, толщиной
0,1 мм.

7. β-излучение

-лучи представляют собой
поток электронов, скорости
которых близки к значению
скорости света. Проникающая
способность -лучей выше,
чем -излучения.
Защитой от -лучей может
являться алюминиевая
пластина толщиной в
несколько миллиметров.

8. -излучение

-излучение
-лучи представляют собой
электромагнитное излучение.
Обладают очень высокой
проникающей способностью. Чем
больше атомный номер
поглощающего вещества, тем
лучше вещество поглощает лучи.
Проникающая способность лучей настолько велика, что слой
свинца толщиной 1 см уменьшает
интенсивность этого излучения
всего в два раза.

9. -излучение

-излучение
-излучение связано с
переходом ядра из
возбужденного состояния с
высоким уровнем энергии на
более низкий уровень.
-излучение может
сопровождать и -распады.
-излучение не вызывает
изменения заряда, а масса
ядра изменяется на очень
малую величину.

10.

Классификация ядерных реакций
Радиоактивный распад
Ядерные реакции на нейтронах
Ядерные реакции под действием
заряженных частиц
Ядерные реакции деления

11.

α-распад
Превращения атомных ядер, сопровождаемые
испусканием α-частиц (ядро гелия 42Не) называется
α-распадом.
А – массовое число, Z – зарядовое число
А
ZX
Символ
«материнско
го» ядра
А-4
Z-2Y
Символ
«дочернего»
ядра
+
4 Не
2
Ядро гелия
4
2Не
+
γ
Электромагнитное
излучение
γ-излучение испускается ядром А-4Z-2Y при переходе из
возбужденного состояния в стационарное

12.

β-распад
Превращения атомных ядер, сопровождаемые
испусканием потока электронов называется
β – распадом.
А – массовое число, Z – зарядовое число
А
ZX
Символ
«материнского»
ядра
А
Z+1Y
+
Символ
«дочернего» ядра
0
-1 e
Электрон
+
γ
Электромагнитное
излучение
Протон-нейтронное строение ядра теоретически
исключает возможность вылета из ядра электронов, т.к.
их в ядре нет. Э. Ферми разработал теорию β-распада.

13.

ГИПОТЕЗА Энрико ФЕРМИ
В ядре возможно взаимные превращения нуклонов.
~
0
В результате появляются электроны -1е и антинейтрино ν.
Антинейтрино не имеет массы покоя и электрического заряда.
Такой процесс обусловлен особым типом взаимодействия –
слабым взаимодействием:
1 n
0
1 p
1
+
0 e
-1
+
По закону сохранения энергии это превращение
сопровождается выделением энергии, т.к. масса
нейтрона больше массы протона.
Е = Δmc2
ν~

14.

Капельная модель ядерных реакций
Ядерная реакция на нейтронах
27 Al
13
28 Al
13
1
0n
24 Na
11
4α
2
I. Нейтрон
влетает в ядро
1 n
0
28 Al
13
II. Ядро
«разогревается»
III. Энергия
IV. Вылетает α-частица
сосредотачивается на Ядро «охлаждается»
группе частиц
+ 2713Al 2813Al 2411Na + 42Не
Великий итальянский физик Энрико Ферми первым начал изучать
реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что медленные
нейтроны оказываются в большинстве случаев гораздо более
эффективными, чем быстрые. Вероятность столкновения медлен-ных
нейтронов с ядрами выше.

15.

Ядерная реакция под действием заряженных частиц
В ядро может попасть заряженная частица кинетическая
энергия которой достаточна для преодоления кулоновского
отталкивания от ядра. Эта энергия сообщается протонам,
ядрам дейтерия 21Н, -частицам ускорителем элементарных
частиц. Первая искусственная ядерная реакция осуществлена
Резерфордом в 1919 году.
14 N
18 F
17 O
7
9
8
4
2He
1p
1
I. Бомбардирующая частица
II. Исходное
ядро
III. Возбужденное
промежуточное ядро
IV. Новое ядро
4 He 18 F 17 O + 1 p
N
+
7
2
9
8
1
14

16.

Капельная модель ядерных реакций
(Гамов Г.А., Френкель Я.И., Бор Н.)
Ядро напоминает заряженную капельку
жидкости
235U
92
γ-излучение
236U
92
n
n
1
0n
Поглотив нейтрон, ядро
возбуждается,
деформируется, приобретает
вытянутую форму
1 n
0
137Cs
55
Ядро разрывается
γ - излучение
+ 23592U 23692U = 13755Cs + 9737Rb + 2 10n
97Rb
37

17.

При ядерных реакциях
обязательно выполняются
различные законы сохранения:
электрического заряда, числа
нуклонов, превращения
энергии, сохранения импульса,
сохранения массы.
Познакомились с ядерными
реакциями и их
классификацией

18.

19.

Кто экспериментально доказал существование атомного ядра?
А. М. Кюри;
Б. Резерфорд;
В. Беккерель;
Г. Томсон.
Сколько электронов содержится в электронной оболочке нейтрального атома, если в атомном
ядре 20 протонов и 17 нейтронов?
А. 20;
Б. 37;
В. 17;
Г. 3.
Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внутреннем облучении человека?
А. β – излучения;
Б. γ – излучения;
В. α – излучения;
Г. все три
одинаково опасны.
Ядро состоит из 90 протонов и 144 нейтронов. После испускания двух β частиц, а затем одной α
частицы, это ядро будет иметь:
А. 85 протонов, 140 нейтронов;
Б. 87 протонов, 140 нейтронов;
В. 90 протонов, 140 нейтронов;
Г. 87 протонов, 140 нейтронов.
Какое недостающее ядро надо вставить вместо Х в ядерную реакцию?
22
X 11H 11
Na 24 He
А.
26
13
Al
;
25
Б. 12
Mg ;
В.
26
12
B
;
25
Г. 13 Al .
Сколько протонов Z и нейтронов N в ядре 235
92 U ?
А. Z = 235, N = 92;
Б. Z = 92, N = 143;
B. Z = 235, N = 143.
Ядро азота захватило α частицу и испустило протон Ядро какого элемента образовалось?
Определите количество нейтронов в ядре элемента, получившегося в результате трех
последовательных α распадов ядра тория .
А. 144;
Б. 140;
В. 232;
Г. 138.

20.

ОЦЕНИ СВОЮ РАБОТУ
min
ТРУДНО?
|---|---|---|---|---|
0 1 2 3 4 5
min
ИНТЕРЕСНО?
mαx
|---|---|---|---|---|
0 1 2 3 4 5
min
КОМФОРТНО ?
mαx
mαx
|---|---|---|---|---|
0 1 2 3 4 5